Het mitochondrion en het verbrandingsproces

Het mitochondrion is gelijk een lange transportband, waarbij aan het begin een door het cytoplasma voorbewerkt product van de suiker- en vetafbraak op de band gelegd wordt. Onderweg worden door enzymen die op de juiste plaats langs de band gezet zijn, allerlei bewerkingen uitgevoerd. Aan het einde van de band rollen daardoor watermoleculen van de band, terwijl kooldioxidemoleculen er onderweg al af gehaald zijn en zuurstof is toegevoegd om gekoppeld te worden aan de vrijkomende waterstofatomen.

• Algemeen
• De overdracht van energie naar ATP
• Het recyclingproces in het mitochondrion
• Een overzicht van de afbraak (oxidatie) van suiker, vet en eiwit

Algemeen

Het mitochondrion (MT) heeft een geheel andere functie dan het ribosoom, maar is eveneens heel vroeg in de evolutie ontwikkeld. Het heeft zelfs eigen DNA, dat zonder tussenkomst van de kern de aanmaak van nieuw materiaal kan programmeren. Hieruit blijkt al de grote betekenis van het mitochondrion voor de cel, namelijk de levering van energie. In het MT worden suiker en vet verbrand. Dat wil zeggen dat suiker en vet worden afgebroken tot de kleinste samenstellende moleculen en dat zijn kooldioxide en water. De afbraak vindt plaats via chemische reacties met zuurstof. Daarom spreken we in dit geval van verbranding. Het MT gebruikt een deel van de geproduceerde energie om een chemische stof adenosine triphosphate (ATP) te vormen.

De chemische stof ATP

Dit ATP is een vrij klein molecuul dat door alle organismen gebruikt wordt als universele energiebron van alle celprocessen zoals:

• het samentrekken van een spiercel
• geleiding van een elektrisch stroompje door een zenuwcel
• productie van verteringsenzymen door darmcellen
• omzetting van een geluidstrilling in het gehoororgaan
• het actieve transport van stoffen door het celmembraan

De overdracht van energie naar ATP

Deze overdracht van energie van glucose of vetzuur naar ATP verloopt langs een keten van scheikundige reacties. Voorbewerkte producten van de suiker- en vetafbraak ondergaan allerlei bewerkingen door enzymen, waardoor uiteindelijk watermoleculen ontstaan. Tijdens dit proces zijn de kooldioxidemoleculen er onderweg al vanaf gehaald en is zuurstof toegevoegd om aan de vrijkomende waterstofatomen te worden gekoppeld. Het is de scheikundige koppeling van zuurstof aan waterstof waarbij de beoogde energie vrijkomt. Die energie wordt door specifieke enzymen gebruikt om ATP te smeden uit ADP en P, wat als afvalproduct water geeft. ATP geeft zijn chemisch gebonden energie af bij die celprocessen door een fosfaatmolecuul af te splitsen. De afgesplitste stoffen zijn ADP (adenosine diphosphate) en P (phosphate). Het MT smeedt ADP en P weer aaneen met de energie die afkomstig is van de suiker- en vetverbranding.

Het recyclingproces in het mitochondrion

Dit proces is al miljarden jaren geleden ontwikkeld en het MT vervult derhalve de functie van omvormer van energie. Deze energie van de voedingsstoffen wordt daarbij omgezet naar de enig geschikte energiedrager van de cel zijnde ATP. Het transport van ATP in het celplasma vindt plaats op basis van bewegingsenergie (warmte). Eerst bij het absolute nulpunt staan moleculen stil. ATP is vrij klein en kan zich daardoor zeer snel verplaatsen en omdat het voortdurend in grote hoeveelheden wordt aangemaakt bij de mitochondriën verspreidt het zich van daaruit over de omgeving. In de buurt van plaatsen waar veel energie gebruikt wordt liggen de meeste mitochondriën, zoals in de spiercel bij de samentrekkende eiwitten en in de zenuwcel bij de uiteinden van de impulsoverdracht.

De assemblage van eiwitten

Door de ribosomen worden de aminozuren in de voorgeschreven volgorde achter elkaar geplakt, zodat ze een lange ketting vormen. In het Golgi-complex, Golgi is de ontdekker van het organel met de typisch gevouwen membraanstructuur, worden ze vervolgens geboetseerd om de definitieve driedimensionale structuur te verkrijgen en geassembleerd tot het beoogde eiwit. Daarna worden de gestapelde eiwitproducten in een membraan verpakt. Vervolgens wordt het pakketje afgegeven aan het celmembraan of aan een ander organel volgens het principe van membraanfusie. Het membraan van het pakketje wordt er simpelweg in opgenomen, waardoor de inhoud vanzelf vrij komt. De bestemming van het pakketje kan een andere locatie in de cel zijn, maar ook de omgeving buiten de cel. Te denken valt aan collagene en elastische vezels in bindweefselcellen en spijsverteringsenzymen.

Een overzicht van de afbraak (oxidatie) van suiker, vet en eiwit

Het begin van de afbraak vindt plaats in het celplasma. In het MT vindt de verdere afbraak plaats tot kooldioxide en water. Zulks gebeurt door middel van een cyclus van enzymatische reacties die start bij citroenzuur. In het verloop van de cyclus worden vrijkomende waterstof protonen overgedragen aan carriers (NAD+, FAD) en verdwijnt het afgesplitste CO2 naar het bloed.
In een cel worden natuurlijk niet alleen maar stoffen opgebouwd. In de dynamische wereld van de cel zal de opbouw in balans moeten zijn met de afbraak. De afbraak dient uiteraard wel goed georganiseerd te zijn, want anders bestaat het gevaar dat opgebouwde eiwitten onnodig worden afgebroken. Daarmede zou de cel zichzelf beschadigen. De oplossing voor dit probleem is gevonden in het netjes opbergen van deze eiwitverterende enzymen in speciale opslagruimten, de lysosomen. Bij beschadiging van de cel komen deze enzymen vrij en zorgen zo voor een snelle afbraak, waardoor resten van de cellen verwijderd worden.

Lees verder

• De stressreactie
• De vorming van eiwitten, suikers en vetten
• De relatie tussen vetzuren en gezondheid